电动汽车高压系统结构及功能简介
在电动汽车上,存在很多高压电器设备,如提供动力的高压动力电池以及相连接的一些高电压部件。下图为EV200车型前机舱内高压部件及低压部件布置位置,前机舱内主要有:电机 控制器、高压控制盒、DC/DC变换器、高压部件和低压蓄电池、整车控制器等低压部件。
集成式控制器
很多电动车辆,将一些高压部件集成在一起,如比亚迪秦EV300采用的是集成式电机控制器,即AC/DC(交流/直流充电机,该充电机的作用是为小电瓶充电)、DC/DC(直流/直流充电机,该充电机的作用是为动力电池充电)、电机控制器等模块均集成在一个壳体内。
动力电池系统
动力电池系统主要有动力电池模组、电池管理系统、动力电池箱及辅助元器件等四部分组成。内部设置有动力电池管理器和温度、电压传感器。因为电池有温度和电压的限制要求,所以动力电池里需要有温度和电压传感器对其进行数据采集,然后将数据传给动力电池管理器进行判断。
电池管理系统主要的功用就是:电池包电量计算;电池温度、电压、温度检测;漏电检测、异常情况报警;充放电控制、预充控制;电池一致性检测;系统自检等。
提示车辆行驶过程中,随着电量的消耗,SOC表上指针指示的数值会逐渐减小。当SOC减小到30%以下时,SOC表上的电量不足指示灯会点亮,提示用户尽快对车辆进行充电。
驱动电机
电机是电动车的能量转换装置,通过电机控制器控制电机将电能转化为机械能,驱动整车行驶,电动机还要实现能量回收功能。车辆滑行或制动时,车轮反拖电动机转动,在这个工况下,电动机可进行发电并将电能回收到电池中,以此延长车辆的续航里程,电机的型式有直流电机、永磁同步电动机、异步电动机等。
宝马i3纯电动车采用后轮驱动,动力的核心是一台安置在后轴上方的电动机,最大输出功率为125KW,最大扭矩可以达到250Nm,加速仅为7.2S,成绩相当出色。
电机控制器
电机控制器是将动力电池提供的直流电,转换为交流电,然后输出给电机;通过电机的正转来实现整车加速、减速;通过电机的反转来实现倒车;通过有效的控制策略,控制动力总成以最佳方式协调工作。
电机控制器对所有的输入信号进行处理,并将驱动电机控制系统运行状态 的信息发送给整车控制器。驱动电机控制器内含故障诊断电路。当诊断出异常时,它将会激活一个错误代码,发送给整车控制器,同时也会把存储该故障码和数据。
车载充电机
电动汽车都配有车载充电器、用于对动力电池充电。车载充电机连接车辆的交流充电口(慢充口)。车载充电机一般具有通讯功能,收到允许充电信号后,将输入220V交流电,经过滤波整流后,通过升压电路和降压电路,输出适合电压电流给动力电池进行充电。
DC/DC变换器
DC/DC为电动车中将动力电池中的电能传递至铅酸蓄电池的电力电子部件。 主要功能是在车辆启动后将动力电池输入的高压电转变成低压12V向蓄电池充电,以保证行车时低压用电设备正常工作。它功率一般在1-2kW范围;输入电压为动力电池电压范围; 输出电压多为恒压输出14V。由于DC/DC相对功率较小,也常见与其它高压电器部件集成布置。
高压控制盒
高压控制盒的功能是完成动力电池电源的输出及分配,实现对支路用电器的保护及切断。有些电动汽车将高压控制盒的功能集成到电机控制器中。高压控制盒中一般会有高压部件的保险丝。如空调、DC/DC或PTC加热电阻的保险。
整车控制器
整车控制部分主要是判断操纵者意愿,根据车辆行驶状态和电池和电机系统的状态合理分配动力,使车辆运行在最佳状态。
电动空调系统
空调系统由制冷和暖风两部分组成。制冷系统由高压电动空调压缩机、冷凝器总成、蒸发器等组成;暖风主要的加热元件为PTC加热电阻。空调系统的工作由整车控制器(VCU)、电动压缩机控制器和PTC控制模块共同控制。
新能源汽车高压线束主要部件(连接器、线缆)|一览众车
【导语】:新能源汽车高压线束主要由连接器、端子、电线、覆盖物等零件组成。新能源汽车高压线束可以根据不同的电压等级配置于电动汽车内部及外部线束连接。主要应用配电盒内部线束信号分配,高效优质地传输电能,屏蔽外界信号干扰。
一、产业链及部件构成
汽车线束是车辆电器元件工作的桥梁和纽带,是车辆的电力和信号传输分配的神经系统。汽车线束产品属于汽车零部件,处于整个汽车产业链的中游,其上游产业为铜材、橡胶、塑料、电线线材等,下游则主要为汽车整车制造商及部分零部件配套供应商。
图表1 汽车线束产业链
资料来源:一览众咨询
新能源汽车高压线束可以根据不同的电压等级配置于电动汽车内部及外部线束连接。主要应用配电盒内部线束信号分配,高效优质地传输电能,屏蔽外界信号干扰。
高压线束主要由连接器、端子、电线、覆盖物等零件组成。DC/DC、水暖PTC、充电机、风暖PTC、直流充电口、电机控制器、高压线束、维修开关、逆变器、动力电池、高压箱、电动空调、交流充电口等都需要用到连接器。
图表 2 新能源汽车高压线束材料及应用部件
资料来源:一览众咨询
二、连接器概述
连接器是完成信号转接、能量传递的重要功能元件,在两个器件、组件、系统相互之间进行光和信号传递、电流传输时都需要功能与结构相匹配的连接器,因此连接器是构成整个电子装备所必须的基础元件。
单从技术上看,连接器有三种基本的划分办法:
按外形结构:圆形和矩形(横截面);按工作频率:低频和高频(以3MHz为界);按标准性:应用型和标准型,前者一般需要定制,后者设计固定,应用场景广泛;此外,考虑到连接器的技术发展和实际情况,从其通用性和相关的技术标准,连接器可以分为低频圆形连接器、矩形连接器、印制电路连接器、射频连接器、光纤连接器。图表 3 连接器的分类
连接器的基本性能可分为三大类:即机械性能、电气性能和环境性能。
图表 4 连接器的性能
新能源汽车用高压连接器是机电一体化产品,主要由接触件、绝缘体、壳体及附件四部分构成,其中:接触件是连接器完成光、电信号连接的核心部件,通过接触件的插合完成车辆在行车中所需的光、电信号的连接;绝缘体和外壳主要起固定、绝缘和机械保护作用。制造过程集电气性能设计、数控机械加工、冲压工艺技术、塑压工艺技术、精密压铸工艺技术、严格的试验手段等多元技术组合于一体。
由于高压连接器产品的质量和精度直接影响到连接器的电气、机械、环境等性能,进而影响电动车辆的行车安全,因此高压连接器的质量要求和制造精度比较高,属于连接器领域中附加价值较高的中高端产品。
三、连接器市场特征
国际市场上,连接器市场的领导厂商主要被美国、德国、日本、法国四个国家和地区的厂商所占据,基本上己经形成寡头垄断的竞争格局。
我国连接器经过多年技术积累,以及在新能源汽车的提前布局,无论是在设计能力还是自动化生产能力,已经满足新能源汽车连接器所要求的技术水平。在下游厂商国产化和技术能力积累足够的两大条件满足的前提下,国内厂商已经占领新能源汽车连接器的制高点,在这个新的领域实现弯道超车,打破外商在传统汽车连接器的垄断地位。
整车厂对高压连接器的安全性、稳定性、抗干扰性等有着严格的考核时间(一般2-3年),一旦双方合作关系确立,整车厂商通常不会轻易变换其配套零部件供应商,市场份额也较为稳定。
目前国内能批量供货的高压连接器厂商有:中航光电、永贵电器、江苏瑞可达等为数不多的企业,近年来,二线企业也开始成长起来。单从销售规模来看,国内市场方面中国企业也逐渐崛起。
四、线缆概述
汽车线束用线缆类型受线束所处的环境和功能的影响。例如:发动机、动力电池等周围环境温度高,腐蚀性气体和液体也很多。因此,一定要使用耐高温、耐油、耐振动、耐摩擦导线;行李厢盖上的导线要在低温下保持其弹性,所以要选用冷弹性导线保证其正常工作;自动变速器上的导线一定要耐高温、耐液压油,其温度稳定性要好;弱信号传感器要用屏蔽导线,例如爆震传感器和曲轴位置传感器、ABS轮速传感器等;门内线耐弯曲性要求高等。
汽车线束常用的导线通常使用多股绞介铜导线,绝缘皮为PVC绝缘材料。线束用导线要有耐温、耐油、耐磨、防水、防腐蚀、抗氧化、阻燃等特性。
目前自主汽车品牌使用导线种类主要包括日标导线和德标导线。日标导线使用的种类主要包括:AV、AVSS、AVSSX、AVX、AEX;德标导线使用的种类主要包括:FLRY-B、FLR9Y-B。
传统汽车是以汽油发动机为动力,传统汽车导线作用是传输控制信号,承受的电流和电压都很小,故电线直径较小,结构上也仅是导体外加绝缘,很简单。但根据电动汽车高压电缆的使用要求,高压电线主要起传输能量的作用,需把电池的能量传输到各个子系统,因此所设计的电动汽车高压线束必须满足高压大电流传输。电动汽车高压电缆承受的电压较高(额定电压最高600 V),电流较大(额定电流最高600 A),电磁辐射较强,故电缆的直径明显增大,同时为了避免电磁辐射对周围电子设备产生强烈电磁干扰,影响其他电子设备正常运行,电缆还设计了抗电磁干扰屏蔽结构,即采用同轴结构,利用内导体和外导体(屏蔽)共同作用,电缆内的磁场成同心圆分布,而电场从内导体指向并止于外导体,使电缆周围外部的电磁场为零,亦即屏蔽了电磁辐射,从而确保电动车正常运行。
早期汽车线缆用绝缘材料主要是PVC(聚氯乙烯),但PVC中含有铅,对人体有害,近些年来逐渐被LSZH(低烟无卤材料)TPE(热塑性弹性体)、XLPE(交联聚乙烯)、硅橡胶等材料替代。由于电动汽车高压电缆在满足高压大电流、抗电磁干扰的同时还要满足耐磨和阻燃等要求,因此对这些材料性能进行了对比:
1)LSZH可分为PO(聚烯烃)类和EPR(乙丙橡胶)类两大类,其中以PO类电缆料为主流。PO类LSZH阻燃电缆料的配方中有大量的Al(OH)3、Mg(OH)2无机阻燃剂,从而使该电缆料具有较好的阻燃、低烟、无卤、低毒等特性,但同时也使其在物理机械性能、电气性能以及挤出工艺性能等方面与其他非阻燃材料及含卤阻燃材料存在差异。
2)TPE是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料,在常温下显示橡胶的高弹性,在高温下又能塑化成型,但该材料不耐磨,不能满足电动汽车高压线束的使用要求。
3)XLPE是由耐温等级为75℃的普通PE(聚乙烯)材料经过辐照交联后制得的,其耐温等级可达到1500C,并具有优良的物理机械性能、抗过载能力及长寿命等特点,但不阻燃。
4)硅橡胶的击穿电压高,故具有耐电弧性、耐漏电痕迹性、耐臭氧性,其同时具有良好的耐高低温性,耐高温可达2000C,绝缘性能良好,在高温高湿条件下性能稳定、阻燃。在对比上述材料性能后,硅橡胶因具有物理机械性能良好、使用寿命长、价格低廉等优点而成为了电动乘用车高压电缆绝缘材料的首选。
五、线缆市场特征
车内高压线缆主要选用交联聚乙烯绝缘电缆XLPE或硅橡胶电缆。国内厂商XLPE为主成本低、国外厂商硅胶线为主性能好。
(高压交联XLPE与硅胶电缆图例)
由于汽车高压线缆才起步不久,国内生产厂商还处于向国外产商学习摸索的阶段,目前用量还较小,价格偏高,后期规模化生产后价格和成本都会回落。
由于XLPE工艺较成熟,生产厂商可以添加交联母粒子直接生产,成本及工期都较低,目前国内车厂主要选择使用XLPE,主流厂商有鑫宏业、亨通光电、宝兴电缆、奥美格、科宝光电等。
而硅橡胶线缆高度的耐高温性(-50℃-180℃)与柔软性,非常有助于车内布线,国外厂商主要选择硅橡胶线缆,如科洛普、莱尼、住电、Kroschu。国内厂商也在尝试硅橡胶线缆的开发,主要难点在于硅橡胶材料的合成比例及工艺的优化,目前国内硅胶线主要是进口,国内涉及到该领域的有鑫宏业、亨通、华澄、卡倍亿。
研究报告
月度报告
新能源汽车高压维修开关位置汇总,建议收藏
最近很多粉丝留言,想了解新能源汽车高压维修的开关位置,以便维修施工。今天小优特别整理了部分常见车型高压维修开关位置,便于大家学习。
车载高压电的注意事项
如果不具备高压资格和高压产品资格,员工不得在高压网络上作业。不遵守相关注意事项会导致严重结果。
接受过附加资格认证(高压资格和高压产品培训)的汽车技师、电气技师、机械电子工程师可以在高压系统上执行作业。
注:任何时候需要断高压维修开关之时,必须先断低压12V蓄电池。
高压维修开关位置汇总
特斯拉Model S
高压电维修开关:机舱右前处
维修步骤:
第一步,断开低压12V蓄电池负极;
第二步,先断高压开关;
第三步,等待系统电容放电30分钟。
奔驰S500el插电式混合动力
高压电维修开关位:行李箱右侧
奔驰S400混动版
高压电维修开关:机舱右前处高压电池上。
维修步骤:
1、打开点火开关位置;
2、将仪表多功能显示设为"行程"显示,按下方向盘右侧的接受电话键,按住保持的同时,再按下方向盘左侧按键的“OK”按键。在大约5秒的时间内 (显示菜单"车辆数据" )
3、可通过多功能方向盘的左按钮组在各菜单和菜单浏览检查高压电是否处于安全电压。
比亚迪秦
高压电维修开关位:动力电池包总成上方的左上角。
维修开关正常状态时,手柄处于水平位置;需要拔出时,应先将手柄旋转至竖直状态,再向上拔出;需要插上时,应先沿竖直方向用力向下插入,再将手柄旋转至水平状态。
蔚来ES8
高压维修开关位于:机舱左前减震器上部。
17款比亚迪E5
高压电维修开关位于:马鞍中间手套箱里。
北汽新能源EU5
高压维修开关位于:后排中央拱梁处。
18款荣威RX5
维修开关位于:后排坐垫中部处。
19款奇瑞EQ1/小蚂蚁
高压维修开关位置位于:副驾座下的小盖内。
丰田2010款普锐斯
高压维修开关位于:尾箱左侧。